43. С какой целью синтез метанола проводят с большими объемными скоростями? Что необходимо предусмотреть при выборе оптимальной объемной скорости?

CO+ 2H₂CH₃OH H>0

Ответ: Условия проведения процесса:

Исходя из термодинамики и кинетики процесса выбирают условия его проведения на соответствующих катализаторах. Так, в промышленных условиях на цинк-хромовых катализа­торах процесс ведут под давлением 25—70 мПа, при темпера­туре 370—420 °С, объемной скорости подачи газовой смеси-10000 -35000 с^-1(т.е. время контактирования 10000 -35000 с) и мольном соотношении Н2:СО=(1,5—2,5):1. Обычно исходный газ содержит 10—15% инертных примесей. В связи с этим требуется непрерывный вывод части рецикла газовой смеси ( примерно10%) из системы. В этих условиях конверсия СО за один проход составляет 5—20% при выходе метанола 85—87% от стехиометрического. Непревращенный газ возвра­щается в реактор после конденсации метанола и воды. Одно­временно с метанолом образуется ряд побочных продуктов: диметиловый эфир, высшие спирты и др.

При работе на низкотемпературных медьсодержащих ката­лизаторах давление поддерживается в пределах 3—5 мПа, тем­пература—230—280 °С, объемная скорость 8000—12000 ч^-1, мольное соотношение Н2:СО=(5—7):1. Обязательным услови­ем успешной работы низкотемпературных катализаторов явля­ется присутствие в газовой смеси 4—5% (об.) диоксида угле­рода. Он необходим для поддержания активности таких ката­лизаторов.

При циркуляционном процессе для его интенсификации и уменьшения количества побочных продуктов повышают объёмную скорость подачи сырья.

При более активном катализаторе возможны и более высокие скорости.При этих условиях процесс – сложный, обратимый несмещенный, гетерогенный каталитический.

44. В исследуемой системе в газовой фазе протекают основная (1) и побочная (2) реакции, которые обратимы в широком диапазоне температур:

А + 2В↔ C + D ( ∆H > 0) (1), C + A ↔ 2 R ( ∆ H < 0) (2)

В каких условиях надо проводить процесс для получения максимальной селективности образования продуктов основной реакции?

Обосновать выбор. Какие еще способы смещения равновесия можно использовать в данном случае?

Ответ: Необходимо получить максимальную селективность образования основной реакции

Селективность (избирательность) - S_i^A - отношение количества полученного целевого продукта ni (моь) к теоретически возможному его количеству ni теор (моль) при данной степени превращения исходного реагента

Где А – индекс, обозначающий исходное вещество, по которому рассчитывается селективность

i – индекс, обозначающий продукт реакции, для которого ведется расчет

Селективность показывает долю полезно израсходанного на целевой продукт сырья.

Таким образом, для повышения селективности образования целевых продуктов необходимо уменьшить выход продукта в побочной реакции.

Для этого нужно сместить равновесие в левую сторону согласно принципу Ле –Шателье.

1. реакция экзотермическая и идет с выделением тепла, следовательно для смещения равновесия в сторону исходных веществ нужно повысить температуру.

2. можно повысить концентрацию R, не выводя продукт из реакционной зоны

3. повышение или понижение давления не влияет на протекание процесса , так как число молей реагентов эквивалентно числу молей продукта

Кроме того, необходимо обеспечить смещение равновесия основной реакции в сторону образования продуктов. Для этого:

1. нужно повысит температуру, так как реакция идет с поглощением тепла

2. так как число молей реагентов превышает число молей продуктов, необходимо повысить давление для смещения равновесия вправо

3. по той же причине (n<0) можно ввести инертный разбавитель для уменьшения накопления примесей в системе

При полном расходовании реагентов в основной реакции побочная реакция протекать не будет, следовательно процесс будет идти с максимальной селективностью по целевым продуктам.

45. Первая стадия производства бутадиена – дегидрирование бутана

С₄Н₁₀ ↔ С₄ Н₈ + Н₂ ( ∆ Н > 0) осложнена крекингом бутана

С₄Н₁₀↔ С₂Н₄ + С₂Н₆ (∆ Н > 0)

Энергия активации крекинга бутана имеет более высокое значение. Что можно предпринять для повышения селективности процесса?

Ответ: Поскольку E₂ > E₁, то для увеличения селективности процесса необходимо уменьшать температуро, но это приведет к уменьшению скорости процесса.

Также обе реакции, и главная и побочная являются эндодтермическим, а это значит, сто снижение температуры приведет к смещению равновесия влево (уменьшению выхода продукта, снижению селективности)

Поэтому для увеличения селективности необходимо вводить селективный катализатор, понижая таким образом E₂

46. В газовой фазе протекают параллельные реакции: А → R (∆Н > 0 ) (основная) и 2 А → S (∆H < 0) (побочная). Энергия активации основной реакции Е₁ больше, чем побочной Е₂ , а порядок реакции по компоненту А для первой реакции меньше, чем для второй. Как увеличить дифференциальную селективность процесса?

Какие приёмы Вы можете предложить для подавления побочных реакций?

Ответ: Т. к. E₂>E₁ , то для увеличения селективности процесса необходимо уменьшать температуру, но это приведет к уменьшению скорости процесса.

Основная реакция является эндотермической, это значит, что снижение температуры приведет к смещению равновесия влево (уменьшение выхода основного продукта, снижение селективности)

Для увеличения селективности необходимо вводить селективный катализатор, понижающий E₂